Tāpat kā lādiņi atgrūž, un pretēji lādiņi piesaista, bet cik liels ir šis pievilkšanās spēks? Tāpat kā jums ir vienādojums, lai aprēķinātu smaguma spēku starp divām masām, ir arī formula elektriskā spēka noteikšanai starp diviem lādiņiem.
SI elektriskā lādiņa vienība ir Kulons (C), un pamata lādiņa nesēji ir protons ar lādiņu+ eun elektrons ar lādiņu-e, kur elementārais lādiņše = 1.602× 10-19 C. Tāpēc objekta lādiņš dažreiz tiek attēlots kā vairākkārtējse.
Kulona likums
Kulombas likums, kas nosaukts franču fiziķa Šarla-Augustina de Kulona vārdā, dod elektrisko spēku starp diviem punktu lādiņiemq1unq2atdalīšanas attālumsrizņemot:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2}
Kur konstantekir Kulona konstante,k = 8.99 × 109 Nm2/ C2.
SI elektriskā spēka mērvienība ir Ņūtons (N), tāpat kā ar visiem spēkiem. Spēka vektora virziens ir pret otru lādiņu (pievilcīgs) pretējiem lādiņiem un prom no otra lādiņa (atgrūžošs), ja lādiņi ir vienādi.
Kulona likums, tāpat kā smaguma spēks starp divām masām, irapgrieztā kvadrāta likums
. Tas nozīmē, ka tas samazinās kā attāluma apgrieztais kvadrāts starp diviem lādiņiem. Citiem vārdiem sakot, lādiņi, kas atrodas divreiz tālāk viens no otra, piedzīvo ceturtdaļu spēka. Bet, kamēr šī lādiņa samazinās līdz ar attālumu, tā nekad nenonāk līdz nullei un līdz ar to arī bezgalīgajam diapazonam.Lai atrastu spēku uz noteiktu lādiņu vairāku citu lādiņu dēļ, izmantojiet Kulona likumu, lai noteiktu spēku uz maksa, kas jāmaksā katram no pārējiem lādiņiem atsevišķi, un pēc tam jūs pievienojat spēku vektoru summu, lai iegūtu galīgo rezultāts.
Kāpēc Kulona likums ir svarīgs?
Statiskā elektrība:Kulona likums ir iemesls, kāpēc jūs esat satriekts, pieskaroties durvju rokturim pēc tam, kad ejat pāri paklājam.
Kad jūs berzējat kājas pāri paklājam, elektroni pāriet berzes ceļā, atstājot jums tīru lādiņu. Visas jums pārmaksātās maksas atgrūž viena otru. Kad roka stiepjas pēc durvju roktura, diriģenta, šī liekā lādiņa padara lēcienu, izraisot šoku!
Elektriskais spēks ir daudz spēcīgāks par gravitāciju:Lai gan starp elektrisko spēku un gravitācijas spēku ir daudz līdzību, elektriskā spēka relatīvais stiprums ir 1036 reizes lielāks par gravitācijas spēku!
Smagums mums šķiet liels tikai tāpēc, ka zeme, pie kuras esam iestrēguši, ir tik liela, un lielākā daļa priekšmetu ir elektriski neitrāli, kas nozīmē, ka tiem ir vienāds protonu un elektronu skaits.
Iekšējie atomi:Kulona likums attiecas arī uz atomu kodolu mijiedarbību. Kuloni spēka dēļ divi pozitīvi uzlādēti kodoli viens otru atgrūdīs, ja vien tie nebūs pietiekami tuvu tam uzvar spēcīgais kodolspēks (kura vietā protoni piesaista, bet darbojas tikai ļoti īsā diapazonā) ārā.
Tāpēc kodolu saplūšanai ir vajadzīga liela enerģija: jāpārvar sākotnējie atgrūšanās spēki. Elektrostatiskais spēks ir arī iemesls, kāpēc elektroni vispirms tiek piesaistīti atomu kodoliem, un tāpēc lielākā daļa priekšmetu ir elektriski neitrāli.
Polarizācija:Uzlādēts objekts, nonākot neitrāla objekta tuvumā, liek elektronu mākoņiem ap neitrālā objekta atomiem pārdalīties. Šo parādību saucpolarizācija.
Ja lādētais objekts ir negatīvi uzlādēts, elektronu mākoņi tiek virzīti uz tālu atomi, tādējādi pozitīvie lādiņi atomos ir nedaudz tuvāki nekā negatīvie lādiņi atomos atoms. (Pretējais notiek, ja tas ir pozitīvi uzlādēts objekts, kas tiek tuvināts.)
Kulona likums mums saka, ka pievilkšanās spēks starp negatīvi lādēto objektu un pozitīvajiem lādiņiem neitrālajā objektā būs nedaudz spēcīgāks par atgrūšanās spēku starp negatīvi lādēto objektu un neitrālo objektu relatīvo attālumu dēļ maksas.
Rezultātā, lai arī viens objekts ir tehniski neitrāls, pievilcība joprojām pastāv. Tāpēc uzlādēts balons pielīp pie neitrālas sienas!
Pētāmie piemēri
1. piemērs:Maksa par +2eun maksa -2eir atdalīti ar 0,5 cm attālumu. Cik liels ir Kulona spēks starp viņiem?
Izmantojot Kulona likumu un pārliecinoties, ka cm konvertējat uz m, jūs saņemat:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2} = (8.99 \ reizes 10 ^ 9) \ frac {(2 \ reizes 1.602 \ reizes10 ^ {- 19}) (- 2 \ reizes 1.602 \ reizes10 ^ {- 19 })} {0,005 ^ 2} = -3,69 \ reizes 10 ^ {- 23} \ teksts {N}
Negatīvā zīme norāda, ka tas ir pievilcīgs spēks.
2. piemērs:Trīs lādiņi atrodas vienādmalu trijstūra virsotnēs. Apakšējā kreisajā virsotnē ir -4emaksas. Apakšējā labajā virsotnē ir +2elādiņš, un augšējā virsotnē ir +3emaksas. Ja trijstūra malas ir 0,8 mm, kāds ir tīrais spēks uz +3eiekasēt?
Lai to atrisinātu, jums jānosaka katra lādiņa izraisīto spēku lielums un virziens atsevišķi, un pēc tam jāizmanto vektoru pievienošana, lai atrastu galīgo rezultātu.
Spēks starp -4eun +3emaksa:
Šī spēka lielumu nosaka:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2} = (8,99 \ reizes 10 ^ 9) \ frac {(- 4 \ reizes 1,602 \ reizes10 ^ {- 19}) (3 reizes 1,602 \ reizes10 ^ {- 19 })} {0,0008 ^ 2} = -4,33 \ reizes 10 ^ {- 21} \ teksts {N}
Tā kā šiem lādiņiem ir pretējas zīmes, tas ir pievilcīgs spēks, un tas norāda pa trīsstūra kreiso pusi virzienā uz -4emaksas.
Spēks starp +2eun +3emaksa:
Šī spēka lielumu nosaka:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2} = (8,99 \ reizes 10 ^ 9) \ frac {(2 reizes 1,602 reizes10 ^ {- 19}) (3 reizes 1,602 reizes1010 {/ 19} )} {0,0008 ^ 2} = 2,16 \ reizes 10 ^ {- 21} \ teksts {N}
Tā kā šiem lādiņiem ir viena un tā pati zīme, tas ir atgrūdošs spēks un norāda tieši prom no +2emaksas.
Ja jūs pieņemat standarta koordinātu sistēmu un sadalāt katru spēka vektoru komponentos, jūs saņemat:
Pievienošanaxunykomponenti dod:
Pēc tam jūs izmantojat Pitagora teorēmu, lai atrastu spēka lielumu:
F_ {net} = \ sqrt {(- 3,245 \ reizes 10 ^ {- 21}) ^ 2 + (-1,88 \ reizes 10 ^ {- 21}) ^ 2} = 3,75 reizes 10 ^ {- 21} \ teksts {N}
Un trigonometrija dod jums virzienu:
\ theta = \ tan ^ {- 1} \ frac {F_ {nety}} {F_ {netx}} = \ tan ^ {- 1} \ frac {(- 1,88 \ reizes 10 ^ {- 21})} {( -3.245 \ reizes 10 ^ {- 21})} = 30
Virziens ir 30 grādus zem negatīvāxass (vai 30 grādus zem horizontāles pa kreisi.)